CAD/CAM全瓷修復(fù)技術(shù)在口腔臨床中的應(yīng)用進(jìn)展

張建民綜述，苗 芳審校

（1.蘭州市婦幼保健院，甘肅730030；2.蘭州市口腔醫(yī)院，甘肅730030）

CAD/CAM全瓷修復(fù)技術(shù)在口腔臨床中的應(yīng)用進(jìn)展

張建民1綜述，苗 芳2審校

（1.蘭州市婦幼保健院，甘肅730030；2.蘭州市口腔醫(yī)院，甘肅730030）

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)； 陶瓷制品； 牙瓷料； 牙修復(fù)體； 綜述

計(jì)算機(jī)輔助制作（computeraidedmanufacturing，CAM）系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)分級結(jié)構(gòu)來控制與管理制造過程中有關(guān)生產(chǎn)和技術(shù)設(shè)計(jì)等方面的工作[1]。其最初應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化和航空航天領(lǐng)域，其生產(chǎn)技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為評價(jià)國家加工制造業(yè)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì) 70年代初，法國學(xué)者 Frances Duret首次將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)輔助制作（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）的概念引入口腔修復(fù)領(lǐng)域[2]；1983年，首臺采用CAD/CAM技術(shù)制作的修復(fù)體樣機(jī)在法國問世；1985年，該設(shè)備制作出首個(gè)后牙全冠[1]。CAD/CAM技術(shù)的出現(xiàn)被認(rèn)為是口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的革命性突破，使自動(dòng)化或半自動(dòng)化制作修復(fù)體成為現(xiàn)實(shí)[3]，引發(fā)了口腔修復(fù)學(xué)界重大的技術(shù)革命，為牙科修復(fù)體的制作提供了全新的方法。

CAD/CAM修復(fù)技術(shù)[4]是將光電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)微信息處理技術(shù)及數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)集成于一體的口腔修復(fù)技術(shù)，全瓷牙制作技術(shù)[5]就只需要取像、電腦設(shè)計(jì)、數(shù)控車床切割即可出成品口腔內(nèi)試戴，為醫(yī)生及牙科技師省去了印模取模、修模、種釘、裝盒、分模、上頜架、工作模、修整頸緣線、制作內(nèi)冠模型、安放鑄造蠟、包埋、放入茂福爐、表面磨光、上瓷、燒制等20多道手工制作的繁雜過程，大大縮短了治療周期，且微創(chuàng)修復(fù)提高了治療修復(fù)體的精密度，減少了患者的就診時(shí)間和次數(shù)，提高了修復(fù)體的制作效率、精密度和質(zhì)量，減少了患者的痛苦。經(jīng)過30多年的發(fā)展，CAD/CAM在口腔臨床上的應(yīng)用[6]越來越廣泛，不僅在口腔全瓷修復(fù)[7]、套筒冠修復(fù)[8]及口腔種植[9]領(lǐng)域的應(yīng)用方面也日趨成熟和廣泛，此項(xiàng)技術(shù)也提高了種植手術(shù)的成功率。CAD/CAM全瓷修復(fù)系統(tǒng)一般包括：掃描單元、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件、研磨設(shè)備、燒結(jié)爐等。由于其先進(jìn)性、快捷性、優(yōu)良性和自動(dòng)化程度高，近年來已逐漸成為口腔修復(fù)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)[10]。本文從CAD/CAM目前的常用系統(tǒng)及臨床應(yīng)用數(shù)據(jù)的采集、輸出方式、設(shè)計(jì)制作到臨床應(yīng)用及數(shù)字化牙科的未來展望等方面進(jìn)行綜述。

1 幾種常用CAD/CAM系統(tǒng)的特點(diǎn)介紹

1.1 Cerec系統(tǒng) 該系統(tǒng)是德國Sirona公司開發(fā)的。其數(shù)字化印模技術(shù)可追溯到1987年第1臺基于激光三角測量原理而推出的Cerec 1系統(tǒng)[11]，到2010年推出的基于短波藍(lán)光原理的第4代Cerec AC系統(tǒng)[12]，但這些系統(tǒng)都需噴粉。為了解決這個(gè)問題，Sirona公司于2012年8月推出了無需噴粉的基于連續(xù)立體攝影技術(shù)的Cerec Omnicam口內(nèi)掃描系統(tǒng)[13]。由于椅旁系統(tǒng)的加工銑床的加工能力有所局限，該公司又推出了新型技工室掃描儀inEosX5，其配備了五軸機(jī)械手臂，帶有模型定位功能和開放式接口。其特點(diǎn)是掃描速度快、操作范圍大，可有自動(dòng)圖像捕獲功能。

1.2 Shape系統(tǒng) 該系統(tǒng)是丹麥近年來研制的針對口內(nèi)掃描成像和掃描設(shè)計(jì)的一套系統(tǒng)，其特長是軟件設(shè)計(jì)，可接受和輸出所有設(shè)計(jì)類型的STL數(shù)據(jù)，能與所有開放系統(tǒng)的CAM設(shè)備兼容。其中TRIOS口內(nèi)掃描儀是一種技術(shù)較為先進(jìn)的口內(nèi)數(shù)字印模系統(tǒng)[14]。其運(yùn)用超快光學(xué)切割（ultrafast optical sectioning）技術(shù)和共焦顯微技術(shù)，每秒可捕捉超過3 000幅二維圖像；通過結(jié)合數(shù)百幅三維數(shù)字圖像，實(shí)時(shí)地創(chuàng)建出三維數(shù)字模型。另外，掃描也無需噴粉，掃描頭端的集成防霧加熱器自動(dòng)提供最佳溫度，確保掃描不失真且高度清晰。3Shape技工室系統(tǒng)目前共有4代掃描儀。分別是D500系列、D700系列、D800系列和D900系列。前三者都是帶有2個(gè)500萬像素的攝像頭，基于紅色激光技術(shù)，可掃描設(shè)計(jì)印模。而D900系列幾乎是一款旗艦型的掃描儀，基于藍(lán)色LED光源，配備4個(gè)攝像頭，掃描精度可達(dá)15 μm并可捕獲模型和印模的所有紋理和顏色。值得一提的是，3Shape強(qiáng)大的軟件設(shè)計(jì)功能不但能滿足所有固定、種植和活動(dòng)支架、全口義齒的設(shè)計(jì)需要[15]，而且能夠接收所有的開放式的數(shù)字化印模，可以在線與牙醫(yī)進(jìn)行設(shè)計(jì)溝通。

1.3 Lava系統(tǒng) 該系統(tǒng)是由美國3M ESPE公司研發(fā)，分為椅旁掃描儀和技工室系統(tǒng)兩部分。椅旁掃描儀即數(shù)字化印模系統(tǒng)[11]。LavaTM椅旁口內(nèi)印模掃描儀（LavaTMChairside Oral Scanner，Lava COS）是近年來由3M ESPE公司生產(chǎn)的技術(shù)相對成熟的口內(nèi)印模掃描系統(tǒng)[16]。該系統(tǒng)以激活波前采樣（active wavefront sampling，AWS）為原理，在牙齒上方挪動(dòng)攝像探頭獲得牙齒的形狀，通過改變軸向位置，計(jì)算攝像探頭與牙齒的距離，利用單鏡頭圖像得到三維信息。另外，設(shè)備中有3個(gè)傳感器可以同時(shí)從不同角度捕捉掃描對象的外形，同時(shí)通過聚焦-散焦運(yùn)算法在掃描得到的三維圖像表面生成斑點(diǎn)，以提高數(shù)字印模的準(zhǔn)確性。技工室系統(tǒng)Lava ScanST掃描儀由帶有白光的光柵投影來采集模型上的數(shù)據(jù)，然后通過來源于Dental Wings Lava Design 5.0軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，最后運(yùn)用自帶的Lava CNC500切削機(jī)設(shè)備進(jìn)行加工。值得一提的是，Lava氧化鋯材料由于其高品質(zhì)在全球建立了防偽系統(tǒng)，但受限于材料形狀，一些長橋尚不能加工。

1.4 Everest系統(tǒng) 該系統(tǒng)是德國Kavo公司專門對技工室設(shè)計(jì)的CAD/CAM系統(tǒng)。該掃描儀采用多角度光柵投影技術(shù)，可以對石膏和蠟型進(jìn)行掃描，掃描的特點(diǎn)是光柵從15個(gè)角度方位進(jìn)行投射，然后用電荷耦合器件（charge coupled device，CCD）傳感相機(jī)將掃描對象記錄并形成三維數(shù)據(jù)。軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以識別倒凹，配備了多種工具如全冠三維層次、模擬咬合功能等。Everest的CAM設(shè)備由5軸聯(lián)動(dòng)裝置構(gòu)成，具有運(yùn)作距離長和操作角度大的特點(diǎn)。Vigolo等[17]認(rèn)為，Everest系統(tǒng)制作的氧化鋯邊緣適合性足以滿足臨床上的要求，并且不受燒結(jié)和上釉過程的影響。

1.5 Cercon系統(tǒng) 該系統(tǒng)是由登士柏公司所開發(fā)，主要應(yīng)用于技工室。其核心產(chǎn)品為Cercon brain、Cercon art和Cercon eye。其中Cercon brain集成掃描儀和切削設(shè)備于一體，但無設(shè)計(jì)軟件，只能掃描基底冠橋的蠟型，然后數(shù)控切削出基底冠橋。Cercon art是公司2004年推出的設(shè)計(jì)軟件，Cercon eye為獨(dú)立的激光掃描儀，掃描精度可達(dá)10 μm，掃描范圍可達(dá)14單位的牙位。其CAM設(shè)備設(shè)計(jì)精巧，為封閉式系統(tǒng)，其5軸聯(lián)動(dòng)的主軸只在X軸方向運(yùn)動(dòng)，最大限度地減少因車針?biāo)蓜?dòng)對軟質(zhì)氧化鋯切削產(chǎn)生的震動(dòng)裂紋。

1.6 Wieland系統(tǒng) 該系統(tǒng)最早的掃描儀Zeno S100的軟件系統(tǒng)也是起源于Dental Wings。后來推出的掃描儀產(chǎn)品都是3Shape系統(tǒng)。其切削設(shè)備也有一系列產(chǎn)品。在國內(nèi)市場上最常用的是Zenotec Mini和Zenotec Select兩套設(shè)備。Select分為儲料倉和工作倉兩部分，5軸聯(lián)動(dòng)，不需換盤，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作。切削精度可達(dá)到5 μm。Wieland系統(tǒng)的特長在于原材料氧化鋯的開發(fā)應(yīng)用[5]。其預(yù)染色氧化鋯的顏色達(dá)8種，鋯體通透性高，其率先推出的氧化鋯全冠“臻瓷冠”技術(shù)通過預(yù)染色、內(nèi)染色、魔術(shù)釉、外染色技術(shù)可使全鋯冠的顏色可達(dá)到與烤瓷冠媲美的程度，用于后牙冠修復(fù)解決了烤瓷冠崩瓷的后顧之憂，越來越受到牙醫(yī)和患者的歡迎。

1.7 Procera系統(tǒng) 該系統(tǒng)是一種封閉系統(tǒng)，由瑞典的Andersson等[15]發(fā)明。它的2臺接觸式掃描儀分別于2003、2004年上市。2009年自主研發(fā)的Nobel Procera光學(xué)掃描儀也正式投放市場。該掃描儀采用其專利技術(shù)——錐光偏振全息技術(shù)，可采集高精度的數(shù)據(jù)，并且該掃描儀的批量掃描功能是為高效率的集約化生產(chǎn)預(yù)備的。而軟件中自動(dòng)化的倒凹封堵工具和實(shí)時(shí)提醒功能確保設(shè)計(jì)加工的修復(fù)體達(dá)到最佳的精密度和準(zhǔn)確度。Procera采用遠(yuǎn)程終端的集約化的加工方式。由用戶將設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)訂單通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到加工中心（目前有4個(gè)，分別在瑞典、美國、加拿大、日本），加工好修復(fù)體后再寄給用戶。該系統(tǒng)加工單冠和貼面的一個(gè)特點(diǎn)是先復(fù)制耐火代型，然后在代型上采用超高壓的方式將氧化鋁或氧化鋯材料均勻壓覆在代型表面，然后進(jìn)行CAM切削加工。這樣的加工方式可使Procera的氧化鋁貼面厚度達(dá)到僅0.2 mm。

2 CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

2.1 接觸式掃描系統(tǒng) 顧名思義就是掃描探頭與模型直接接觸的掃描方式。優(yōu)點(diǎn)是具有良好的掃描精度；缺點(diǎn)是掃描效率較低、測量的時(shí)間較長、價(jià)格成本較高[10]。目前這種系統(tǒng)已淡出市場，其代表系統(tǒng)就是Procera[18]的Piccolo和Forte。

2.2 非接觸式（光學(xué)）掃描系統(tǒng) 包括三維激光掃描、光柵投影測量法、莫爾條紋法、云紋向移法、數(shù)字散斑相關(guān)測量法、立體攝影測量等[11]。光學(xué)掃描具有較高的掃描效率和較高的精度，但缺點(diǎn)是也有掃描盲區(qū)的存在。目前CAD/CAm/RP掃描系統(tǒng)的主流仍然是非接觸式（光學(xué)）掃描系統(tǒng)。

2.3 自動(dòng)斷層、CT掃描系統(tǒng) 自動(dòng)斷層掃描法可以獲得掃描對象的表面數(shù)據(jù)和內(nèi)部數(shù)據(jù)，是真正意義上的三維數(shù)據(jù)。但由于體積大和破壞模型，還沒用于牙科CAD/ CAM系統(tǒng)[12]。CT也是一種獲得理想三維數(shù)據(jù)的技術(shù)，但存在精度低的缺點(diǎn)，且設(shè)備成本高。

3 CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出方式

3.1 封閉式系統(tǒng) 封閉式系統(tǒng)是指CAD輸出的數(shù)據(jù)必須使用廠商提供的專用CAM數(shù)控加工設(shè)備和相應(yīng)材料。目前市場上主流的封閉系有Cerec3、Procera、Cercon、Wol-ceram-epc、GN1、Lava、DCS、Dux等[13]。

3.2 開放式系統(tǒng) 開放式系統(tǒng)是指系統(tǒng)只提供CAD程序和輸出STL通用格式的數(shù)據(jù)包，用戶可自行選擇所需的CAM設(shè)備和加工材料。目前，市面最常見的系統(tǒng)是3Shape系統(tǒng)，還有Digident、Etkon、Prefactory、Xawex、Dntalwings，以及西諾德最新開發(fā)的inEosX5系統(tǒng)等[19]。

4 CAD/CAM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作

4.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)就是在視頻模型上完成修復(fù)體的計(jì)算機(jī)蠟型。CAD研究較成熟的冠的設(shè)計(jì)，包括外表面、內(nèi)表面及內(nèi)外表面結(jié)合部分的設(shè)計(jì)。多數(shù)系統(tǒng)帶有標(biāo)準(zhǔn)牙數(shù)據(jù)庫并以此為依據(jù)進(jìn)行外表面的設(shè)計(jì)。

4.1.1 生物再造 根據(jù)剩余牙體組織的外形、鄰牙的外形和設(shè)計(jì)軟件所帶的數(shù)據(jù)庫來獲得修復(fù)體的外形。其特點(diǎn)是方法簡單易行，能獲得較好的修復(fù)體外形。但是，受基牙剩余牙體組織的形態(tài)輪廓、鄰牙形態(tài)和位置的影響，形態(tài)個(gè)性化程度稍欠。多用于后牙修復(fù)體形態(tài)的設(shè)計(jì)。

4.1.2 鏡像復(fù)制 將同一牙弓對側(cè)同名牙的形態(tài)鏡像復(fù)制來獲取修復(fù)體的形態(tài)。其相對于生物再造來說具有更好的個(gè)性化特征，但是需要對側(cè)同名牙的形態(tài)完整、排列基本對稱?？捎糜谇?、后牙修復(fù)體的形態(tài)輔助設(shè)計(jì)。

4.1.3 復(fù)制模式 該模型是通過復(fù)制牙體預(yù)備前的形態(tài)或診斷蠟型來獲得修復(fù)體的形態(tài)，其形態(tài)的個(gè)性化程度高、設(shè)計(jì)靈活，但是需要基牙牙體預(yù)備前形態(tài)完好或者需要事先制作診斷蠟型?？捎糜谇昂笱佬迯?fù)體的形態(tài)輔助設(shè)計(jì)。

4.2 計(jì)算機(jī)輔助制作 該制作是將計(jì)算機(jī)蠟型轉(zhuǎn)換成修復(fù)體，替代了包埋鑄造或裝盒充填熱處理等工序。其實(shí)現(xiàn)是依靠小型精密數(shù)控機(jī)床或激光成型機(jī)完成。目前的CAD/CAM系統(tǒng)多采用3.5～5.0自由度的精密數(shù)控機(jī)床，可銑削陶瓷或合金，加工出嵌體、瓷貼面、全冠、固定橋等修復(fù)體。此外，還有一種數(shù)控的“線切割”及“電火花”加工技術(shù)，被用于義齒加工?！皺C(jī)械手”也正用于全口義齒自動(dòng)排牙的研究。激光成型機(jī)可以像堆砌蛋糕樣堆砌全口義齒，邊堆砌邊分層固化光敏復(fù)合樹脂，完成全口義齒的制作。

5 CAD/CAM全瓷修復(fù)術(shù)的臨床應(yīng)用

5.1 應(yīng)用步驟 （1）數(shù)據(jù)采集（直接數(shù)字化印模或間接印模，模型掃描）；（2）對數(shù)據(jù)進(jìn)行三維軟件設(shè)計(jì)；（3）輸出設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)進(jìn)行CAM加工。

5.2 CAD/CAM全瓷修復(fù)適應(yīng)證 可針對牙體缺損、牙列缺損、牙列缺失、前牙美觀修復(fù)的患者。

5.3 可制作修復(fù)體種類 嵌體、高嵌體、部分冠、3/4冠、全冠、后牙、前牙、貼面、帶有解剖形態(tài)的多單位聚合樹脂橋體、二氧化鋯瓷橋、蠟型等。

5.4 CAD/CAM不同材料的適應(yīng)證 （1）陶瓷類的適合做嵌體、高嵌體、貼面、全冠、部分冠、樁冠聯(lián)合修復(fù)。（2）樹脂類適合做暫時(shí)多單位樹脂橋、樹脂蠟型。（3）氧化鋯、氧化鋁類適合做氧化鋯全冠、內(nèi)冠、精密附著體及種植個(gè)性化基臺。

6 展 望

CAD/CAM數(shù)字化口腔全瓷修復(fù)技術(shù)、CAD/CAM數(shù)字化口腔套筒冠修復(fù)技術(shù)、數(shù)字化印模、數(shù)字化制作種植導(dǎo)板、快速成形技術(shù)都是在CAD/CAM領(lǐng)域代表著口腔修復(fù)工藝未來的高新技術(shù)，是從手工操作到自動(dòng)化、智能化加工的突破性轉(zhuǎn)變，標(biāo)志著口腔修復(fù)工藝已進(jìn)入“計(jì)算機(jī)”時(shí)代，也代表著口腔修復(fù)技術(shù)的潮流和方向。

隨著科技的發(fā)展，目前除了CAD/CAM技術(shù)外，CAD/ RP快速成型技術(shù)（俗稱的“3D打印”）[20]的應(yīng)用也是口腔高科技發(fā)展的趨勢。CAD/CAM技術(shù)和“3D打印”的相似之處在于第一步需要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì) （即CAD）；但不同之處在于下一步，可以把CAD/CAM技術(shù)理解為做“減法”，對材料進(jìn)行切割從而制造出需要的義齒形態(tài)，而“3D打印”則是做“加法”，把離散材料逐層累加，讓材料快速成型，“生長”堆出一顆完整的義齒或頜骨模型。

當(dāng)今牙科CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展正在從封閉式（如一種設(shè)備只能綁定加工特定的材料）系統(tǒng)過渡到開放式系統(tǒng)，現(xiàn)在越來越多的技術(shù)可以輸出統(tǒng)一的數(shù)字格式，為材料開放式的加工提供可能。一些CAD/CAM系統(tǒng)的組件可以單獨(dú)購買，這增加了系統(tǒng)的靈活性，數(shù)據(jù)獲得的方式更為廣泛（如口內(nèi)掃描、觸點(diǎn)式、光式模型數(shù)字轉(zhuǎn)換器、CT、MRI）[21]，設(shè)計(jì)軟件更能匹配各類修復(fù)體的制作（如冠橋架構(gòu)、局部義齒架構(gòu)、個(gè)性化種植體與種植體基臺）。開放式系統(tǒng)的使用[22]，能夠使制造技術(shù)的應(yīng)用范圍更廣，人們能夠選擇最佳的制造方法與相關(guān)材料。在高科技越來越發(fā)達(dá)的現(xiàn)今，CAD/CAM系列技術(shù)將會成為未來修復(fù)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.18.020

A

1009-5519（2015）18-2781-04

2015-07-30）

張建民（1957-），男，山東冠縣人，主治醫(yī)師，主要從事數(shù)字化修復(fù)研究工作；E-mail：442678040@qq.com。

苗芳（E-mail：285765410@qq.com）。